[实用新型]一种燃料电池阳极原位测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用同步辐射X射线对燃料电池固-液界面上的阳极催化剂进行原位测试的燃料电池阳极原位测试装置。

背景技术

持续的经济发展和生活条件的改进推动着人们对清洁、可持续能源的追求。安全的反应物和氧化产物以及低温的工作环境使直接硼氢化物燃料电池(DBFC)被认为是适用于可移动便携式用电设备的极具吸引力的能源。研究表明DBFC的性能受到阳极反应的动力学和催化剂材料稳定性的制约。Pt是DBFC最常用的阳极催化剂材料，但Pt对硼氢根离子的水解和氧化都具有的催化作用，因此只能催化硼氢根离子发生低电子(2到4)的氧化反应。因此，寻找新型材料合理制备阳极催化剂是提高DBFC性能的重要工作。

对催化材料催化特性的研究需要在电池工作状态下对催化剂结构和性能进行深入表征和理解。常规的同步辐射与原位测试技术相结合，在动态过程中对物态进行原位、实时的表征，可有望在原来认识的基础上更加深入的理解催化剂在制备过程中及其在催化过程中所发生的物理化学变化。因此，利用同步辐射技术对燃料电池进行原位XAFS(同步辐射X射线吸收谱)和XRD(X射线衍射)测试已成为对催化剂局域结构进行研究必不可少的表征方法。

要在催化过程中对阳极催化剂催化活性位微观原子和电子结构的变化进行原位监测，则必须要建立一套能对阳极催化剂进行原位XAFS和XRD测试的电池装置。前人已经针对于阳极燃料为氢气、阴极燃料为氧气的质子交换膜燃料电池设计出一系列的原位测试装置，由于这些气体对X射线的散射极为微弱，因此可以取得较为理想的原位吸收谱线。然而，对于使用碱性硼氢化钠溶液作为阳极燃料的DBFC，阳极上与液体燃料相接处的催化剂元素受X射线激发产生的XRD和荧光信号被电池中较厚的液体燃料层强列散射，而无法被探测器有效的俘获，因此这些装置基本上只能适用于使用氧气为燃料的阴极(即气-固界面)上催化机理的研究，而对于以碱性硼氢化钠溶液为燃料的DBFC固-液界面(即阳极)上催化机理的原位研究，现有的测试装置还有待于进一步的改进与设计。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种燃料电池阳极原位测试装置，以有效利用同步辐射X射线在燃料电池电化学性能测试过程中对其固-液界面上的各种阳极催化剂进行原位测试。

本实用新型所述的一种燃料电池阳极原位测试装置，其包括由左至右依次叠置且固定连接在一起的：

一阴极压片，其左侧面开设有一第一全透窗口；

一与外部电路电连接的阴极导电片，其左侧面开设有两个上下平行设置的第二全透窗口以及一平行设置在两个所述第二全透窗口之间的第一X射线窗口；

一与所述外部电路电连接的阳极导电片，其左侧面开设有一与所述第一X射线窗口位置对应的第二X射线窗口、一围绕部分所述第二X射线窗口呈凹槽状的燃料流场以及两个分别与所述燃料流场连通以供燃料流入和流出的的第一燃料流通孔；以及

一阳极压片，其右侧面设有一与所述第二X射线窗口位置对应的呈凹槽状的第三X射线窗口，其左侧面设有一用于穿过所述第二X射线窗口以紧压在所述外部膜电极组件的阳极上的凸块、一围绕所述凸块的用于容置一密封垫的回形凹槽以及两个开设在所述回形凹槽底面且分别与两个所述第一燃料流通孔位置对应的第二燃料流通孔，其顶面和后侧面上分别设有与两个所述第二燃料流通孔对应连通的燃料流入管和燃料流出管；

其中，所述两个第二全透窗口以及第一X射线窗口均曝露于所述第一全透窗口，所述第二全透窗口的位置与一夹设在所述阴极导电片和阳极导电片之间的外部膜电极组件的阴极的位置相对应，所述第一X射线窗口的尺寸小于所述第二全透窗口的尺寸。

在上述的燃料电池阳极原位测试装置中，所述装置还包括一用于支撑所述阴极压片、阴极导电片、阳极导电片和阳极压片的底座。

在上述的燃料电池阳极原位测试装置中，所述底座的顶面设有一用于容纳溢出燃料的凹腔。

在上述的燃料电池阳极原位测试装置中，所述装置还包括两块分别夹设在所述阴极导电片与外部膜电极组件之间以及该外部膜电极组件与阳极导电片之间的回形绝缘密封垫片。

在上述的燃料电池阳极原位测试装置中，所述回形绝缘密封垫片的外缘尺寸与所述阴极导电片或阳极导电片的外缘尺寸相同，其内缘尺寸与所述外部膜电极组件中的阴极或阳极的尺寸相同。

在上述的燃料电池阳极原位测试装置中，所述第一X射线窗口的四个侧壁分别与所述阴极导电片的左侧面成45°角。